一种基于边缘计算的高精度气体密度监视器和监测系统技术方案

本发明专利技术涉及电力设备，公开了一种基于边缘计算的高精度气体密度监视器，包括：智能微处理器、压力传感器、温度传感器、通讯模块、存储器；所述压力传感器与气体密度监测器的气路相连通；所述智能微处理器分别与温度传感器、压力传感器、通讯模块相连接并依据设定的采样频率压力信号、温度信号，根据气体压力‑温度特性，经过智能微处理器运算处理得到相应的密度值P

A high precision gas density monitor and monitoring system based on edge calculation

【技术实现步骤摘要】
一种基于边缘计算的高精度气体密度监视器和监测系统
本专利技术涉及电力
，具体涉及一种应用在高压、中压电气设备上的高精度气体密度监视器、监视系统及监视方法。
技术介绍
目前，SF6(六氟化硫)电气设备已广泛应用在电力部门、工矿企业，促进了电力行业的快速发展。近年来，随着经济高速发展，我国电力系统容量急剧扩大，SF6电气设备用量越来越多。SF6气体在高压电气设备中的作用是灭弧和绝缘，高压电气设备内SF6气体的密度降低和微水含量如果超标将严重影响SF6高压电气设备的安全运行：1)SF6气体密度降低至一定程度将导致绝缘和灭弧性能的丧失。随着无人值守变电站向网络化、数字化方向发展以及对遥控、遥测的要求不断加强，所以对SF6电气设备的气体密度和微水含量状态的在线监测具有重要的现实意义。随着中国智能电网的不断大力发展，智能高压电气设备作为智能变电站的重要组成部分和关键节点，对智能电网的安全起着举足轻重的作用。高压电气设备目前大多为SF6气体绝缘设备，如果气体密度降低(如泄漏等引起)将严重影响设备的电气性能，对安全运行造成严重隐患。目前在线监测SF6高压电气设备中的气体密度值已经非常普遍了，为此气体密度监测系统(气体密度监视器)应用将蓬勃发展。而目前的气体密度监测系统(气体密度监视器)基本上是：1)应用远传式SF6气体密度监视器实现密度、压力和温度的采集，上传，实现气体密度在线监测。2)应用气体密度变送器实现密度、压力和温度的采集，上传，实现气体密度在线监测。SF6气体密度监视器是核心和关键部件。同时监测系统还配有安全可靠的电路传送功能，为实现实时数据远程数据读取与信息监控建立了有效平台。可将压力、温度、密度等信息及时的传送到目标设备(一般为电脑终端)实现在线监测。随着国家电网公司提出建设泛在电力物联网，大数据的应用。同样对泛在电力物联网而言，边缘计算技术取得的突破，意味着许多控制将通过本地设备实现而无需交由云端，处理过程将在本地边缘计算层完成。这无疑将大大提升处理效率，减轻云端的负荷。
技术实现思路
本专利技术提供一种高压电气设备用的，基于边缘计算的高精度气体密度监视器、方法和系统，用于解决对于气体绝缘或灭弧的电气设备气体密度进行准确的监测，大大提升处理效率，减轻云端的负荷，降低运行维护成本，保障电网安全运行。为了实现专利技术目的，本专利技术一种基于边缘计算的高精度气体密度监视器，包括：智能微处理器、压力传感器、温度传感器、通讯模块、存储器；所述压力传感器与气体密度监测器的气路相连通；所述智能微处理器分别与温度传感器、压力传感器、通讯模块相连接；智能微处理器依据设定的采样频率通过压力传感器采集压力信号、温度传感器采集温度信号后根据气体压力-温度特性，经过智能微处理器运算处理得到相应的20℃的密度值P20；所述智能微处理器包括边缘计算单元，边缘计算单元把得到的相应密度值P20进行深度计算处理，得到准确的密度值P20准确。所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，所述的深度计算处理为：所述智能微处理器的边缘计算单元对所检测的气体密度值采用平均值法计算处理得到气体密度值P20的平均值P20平均，该平均值P20平均就是准确的密度值P20准确。所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，所述平均值法为：采用在设定的时间间隔里、设定采集频率，把全部采集得到的不同时间点的N个密度值进行平均值计算处理，得到其气体密度值P20的平均值P20平均，从而得到准确的密度值P20准确；或者，采用在设定的时间间隔里、设定温度间隔步长，把全部温度范围内采集得到的不同温度值的密度值(N个)进行平均值计算处理，得到其气体密度值P20的平均值P20平均，从而得到准确的密度值P20准确；或者，采用在设定的时间间隔里、设定压力间隔步长，把全部压力变化范围内采集得到的不同压力值的密度值(N个)进行平均值计算处理，得到其气体密度值P20的平均值P20平均，从而得到准确的密度值P20准确。所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，所述的深度计算处理还包括，对一定间隔时间的气体密度值P20进行傅里叶变换，转换成对应的频谱，把周期性成份滤掉，然后取平均值计算得到准确的密度值P20准确。所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，所述的智能微处理器的边缘计算单元按照时间序列将成份分解为趋势性、周期性和随机成份，按照趋势性成份判断气体泄漏状况。所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，所述的智能微处理器的边缘计算单元根据设定的趋势性成份值，当检测到趋势性成份值等于或大于所设定的趋势性成份值则判断气体发生泄漏了，智能微处理器发出报警信号或报警信息；所述报警信号通过信号线上传到目标设备；所述报警信息通过通讯模块上传到目标设备或目标平台。所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，所述的智能微处理器的边缘计算单元完成对数据的分析、判定及数据存储，依据设定的告警策略给出相应的告警信号。所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，所述的智能微处理器的边缘计算单元具有：在设定的时间间隔，当所监测的电气设备的气体密度值P20的趋势变化值△P20低于或高于所设定的趋势变化值△P20设定时，监视器发出报警信号；或发出报警信号接点；或发出报警信息；或上传告示信息。所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，所述趋势变化值△P20为：采用在设定的时间间隔里、设定采集频率，把全部采集得到的不同时间点的密度值(N个)进行平均值计算处理，得到其气体密度值P20的平均值P20平均，然后设定趋势计算周期T周期，得到趋势变化值△P20＝P20平均(前一个T周期值)-P20平均(T周期)，即平均值P20平均前后周期T周期的差值；或者，在设定的时间间隔T间隔，当所监测的电气设备的气体密度值P20的趋势变化值△P20＝P20(前一个T间隔)-P20(T间隔)，即密度值P20前后时间间隔T间隔的差值；或者，在设定的时间间隔T间隔，设定的时间长度T长度。采用在设定的时间间隔T间隔、设定采集频率，把全部采集得到的不同时间点的密度值P20(N个)进行累计计算得到累计值∑P20，得到趋势变化值△P20＝∑P20(前一个T长度)-∑P20(当下T长度)，即前后时间长度T长度累计值∑P20之间的差值；，所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，所述的智能微处理器的边缘计算单元具有计算所监测电气设备的漏气率L，所述漏气率L＝△P20t/t＝(P20准确t前-P20准确t。)/t，式中：t为设定的时间间隔，△P20t为时间间隔t内的压力变化量，P20准确t前为时间间隔t前一时刻的密度值，P20准确t为过了时间间隔t时刻的密度值。监视器及时更新发出漏气率L告示信息；或及时更新上传漏气率L告示信息。所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，所述的智能微处理器的边缘计算单元具有对所监测的电气设备的气体补气管控功能，根据设定需要补气的密度值P20补气，当所监测的密度值P20准确等于或小于密度值P20补气时，监视器发出补气报警信号；或发出补气报警信号接点；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于边缘计算的高精度气体密度监视器，包括：智能微处理器、压力传感器、温度传感器、通讯模块、存储器；所述压力传感器与气体密度监测器的气路相连通；所述智能微处理器分别与温度传感器、压力传感器、通讯模块相连接；智能微处理器依据设定的采样频率通过压力传感器采集压力信号、温度传感器采集温度信号后根据气体压力-温度特性，经过智能微处理器运算处理得到相应的20℃的密度值P

【技术特征摘要】
1.一种基于边缘计算的高精度气体密度监视器，包括：智能微处理器、压力传感器、温度传感器、通讯模块、存储器；所述压力传感器与气体密度监测器的气路相连通；所述智能微处理器分别与温度传感器、压力传感器、通讯模块相连接；智能微处理器依据设定的采样频率通过压力传感器采集压力信号、温度传感器采集温度信号后根据气体压力-温度特性，经过智能微处理器运算处理得到相应的20℃的密度值P20；其特征在于，所述智能微处理器包括边缘计算单元，边缘计算单元把得到的相应密度值P20进行深度计算处理，得到准确的密度值P20准确。


2.根据权利要求1所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，其特征在于，所述的深度计算处理为：所述智能微处理器的边缘计算单元对所检测的气体密度值采用平均值法计算处理得到气体密度值P20的平均值P20平均，该平均值P20平均就是准确的密度值P20准确。


3.根据权利要求1或2所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，其特征在于，所述平均值法为：采用在设定的时间间隔里、设定采集频率，把全部采集得到的不同时间点的N个密度值进行平均值计算处理，得到其气体密度值P20的平均值P20平均，从而得到准确的密度值P20准确；或者，
采用在设定的时间间隔里、设定温度间隔步长，把全部温度范围内采集得到的不同温度值的密度值(N个)进行平均值计算处理，得到其气体密度值P20的平均值P20平均，从而得到准确的密度值P20准确；或者，
采用在设定的时间间隔里、设定压力间隔步长，把全部压力变化范围内采集得到的不同压力值的密度值(N个)进行平均值计算处理，得到其气体密度值P20的平均值P20平均，从而得到准确的密度值P20准确。


4.根据权利要求1所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，其特征在于，所述的深度计算处理还包括，对一定间隔时间的气体密度值P20进行傅里叶变换，转换成对应的频谱，把周期性成份滤掉，然后取平均值计算得到准确的密度值P20准确。


5.根据权利要求4所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，其特征在于，所述的智能微处理器的边缘计算单元按照时间序列将成份分解为趋势性、周期性和随机成份，按照趋势性成份判断气体泄漏状况。


6.根据权利要求5所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，其特征在于，所述的智能微处理器的边缘计算单元根据设定的趋势性成份值，当检测到趋势性成份值等于或大于所设定的趋势性成份值则判断气体发生泄漏了，智能微处理器发出报警信号或报警信息；所述报警信号通过信号线上传到目标设备；所述报警信息通过通讯模块上传到目标设备或目标平台。


7.根据权利要求1所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，其特征在于，所述的智能微处理器的边缘计算单元完成对数据的分析、判定及数据存储，依据设定的告警策略给出相应的告警信号。


8.根据权利要求1或7所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，其特征在于，所述的智能微处理器的边缘计算单元具有：在设定的时间间隔，当所监测的电气设备的气体密度值P20的趋势变化值△P20低于或高于所设定的趋势变化值△P20设定时，监视器发出报警信号；或发出报警信号接点；或发出报警信息；或上传告示信息。


9.根据权利要求8所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，其特征在于，所述趋势变化值△P20为：采用在设定的时间间隔里、设定采集频率，把全部采集得到的不同时间点的密度值(N个)进行平均值计算处理，得到其气体密度值P20的平均值P20平均，然后设定趋势计算周期T周期，得到趋势变化值△P20＝P20平均(前一个T周期值)-P20平均(T周期)，即平均值P20平均前后周期T周期的差值；或者，
在设定的时间间隔T间隔，当所监测的电气设备的气体密度值P20的趋势变化值△P20＝P20(前一个T间隔)-P20(T间隔)，即密度值P20前后时间间隔T间隔的差值；或者，
在设定的时间间隔T间隔，设定的时间长度T长度。采用在设定的时间间隔T间隔、设定采集频率，把全部采集得到的不同时间点的密度值P20(N个)进行累计计算得到累计值∑P20，得到趋势变化值△P20＝∑P20(前一个T长度)-∑P20(当下T长度)，即前后时间长度T长度累计值∑P20之间的差值。


10.根据权利要求8所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，其特征在于，所述的智能微处理器的边缘计算单元具有计算所监测电气设备的漏气率L，所述漏气率式中：t为设定的时间间隔，△P20t为时间间隔t内的压力变化量，为时间间隔t前一时刻的密度值，为过了时间间隔t时刻的密度值。监视器及时更新发出漏气率L告示信息；或及时更新上传漏气率L告示信息。


11.根据权利要求8所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，其特征在于，所述的智能微处理器的边缘计算单元具有对所监测的电气设备的气体补气管控功能，根据设定需要补气的密度值P20补气，当所监测的密度值P20准确等于或小于密度值P20补气时，监视器发出补气报警信号；或发出补气报警信号接点；或发出补气告示信息；或上传补气告示信息。


12.根据权利要求8所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，其特征在于，所述的智能微处理器的边缘计算单元具有对所监测的电气设备的气体补气时间告示信息。根据设定需要补气的密度值P20补气，补气时间T补气时间＝(P20准确-P20补气)/L，监视器及时更新发出补气时间告示信息；或及时更新上传补气时间信息。


13.根据权利要求8所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，其特征在于，所述的智能微处理器的边缘计算单元具有对所监测的电气设备的气体补气质量告示信息。根据设定需要补气的密度值P20补气，电气设备的气室体积V，边缘计算单元经过计算得到气体补气质量Q补气，监视器发出气体补气质量Q补气信息；或上传气体补气质量Q补气信息。


14.根据权利要求13所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，其特征在于，所述的智能微处理器的边缘计算单元对气体补气质量Q补气的计算方法为：根据需要补气的密度值P20需要，根据补气的密度值P20需要及其气体特性得到质量密度ρ需要，可以知道电气设备气室总需要气体质量Q总＝ρ需要*V；以及目前检测的密度值P20，根据目前检测的密度值P20及其气体特性得到质量密度ρ目前，可以知道电气设备气室目前的气体质量Q目前＝ρ目前*V；这样就可以得到Q补气＝Q总-Q目前；监视器及时更新发出气体补气质量Q补气告示信息；或及时更新上传气体补气质量Q补气信息。


15.根据权利要求1、或6、或7、或10所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，其特征在于，所述的智能微处理器的边缘计算单元具有对所监测的电气设备的漏气告示信息：包括
根据设定的漏气报警密度值P20漏气报警，当所监测的密度值P20准确等于或小于漏气报警密度值P20漏气报警时，监视器发出漏气报警信号；或发出漏气报警信号接点；或发出漏气告示信息；或上传漏气告示信息；或者，
根据设定的趋势性成份值，当所监测的趋势性成份值等于或大于所设定的趋势性成份值时，监视器发出漏气报警信号；或发出漏气报警信号接点；或发出漏气告示信息；或上传漏气告示信息；或者，
根据在设定的时间间隔T间隔，当所监测的电气设备的气体密度值P20的趋势变化值△P20等于或大于所设定的气体密度值P20的趋势变化值△P20设定时，监视器发出漏气报警信号；或发出漏气报警信号接点；或发出漏气告示信息；或上传漏气告示信息；或者，
根据所设定的漏气率L设定，当所监测到的漏气率L等于或大于所设定的漏气率L设定时，监视器发出漏气报警信号；或发出漏气报警信号接点；或发出漏气告示信息；或上传漏气告示信息。


16.根据权利要求1或10所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，其特征在于，所述的智能微处理器的边缘计算单元具有修正漏气率L所设定的时间间隔值t。


17.根据权利要求1所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，其特征在于，它还包括电子告示信号接点，当所监测的电气设备的气体压力值或温度值低于或高于所设定的压力值P设定或温度值T设定时，监视器输出告示信号接点；或者，
还包括告示信号接点，在温度值达到所设定的温度阈值T设定阈值时，当所监测的电气设备的气体压力值低于或高于所设定的压力值P设定时，监视器输出告示信号接点。


18.根据权利要求17所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，其特征在于，所述电子信号接点包括、但不限于电磁继电器、固态继电器、时间继电器、功率继电器、可控硅、电子开关、电接点、光耦、DI、MOS场效应管、三极管、二极管、MOSFET继电器中的一种或几种。


19.根据权利要求1或7所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，其特征在于，所述的设定值是可以被在线修改和存储的。


20.根据权利要求1或7所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，其特征在于，所述的密度监视器能够输入补气、或/和放气测试等事件，并据对应的补气、或/和放气测试等事件进行气体密度值P20新的计算或调整。


21.根据权利要求1或7所述的基于边缘计算的高精度气体密度监视器，其特征在于，所述的智能微处理器的边缘计算单元在一定的短时间内，监测到气体密度值P20逐渐增大，就可...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏丽芳，
申请(专利权)人：上海卓电电气有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31